Procesos de Purificación de las Aguas Residuales

Se dividen en procesos básicos, como el proceso de clarificación y de desinfección, y en procesos adicionales como el de acondicionamiento químico y acondicionamiento organoléptico.

tabla de procesos de purificacion

PROCESOS DE CLARIFICACIÓN

Coagulación – Floculación

Es la desestabilización de las partículas coloidales y suspendidas debido a la desaparición de las fuerzas repelentes que las mantienen separadas. Este proceso comienza justamente en el instante en el que se le agregan los coagulantes al agua, y dura un solo corto periodo de tiempo, es decir, unos segundos.

La coagulación es de vital importancia para que los siguientes procesos de clarificación logren su objetivo de manera eficaz, ya que la coagulación desestabiliza y une las partículas coloidales presentes en el agua.

Mediante este proceso se elimina gran parte de la turbiedad, color, microorganismos, fosfatos y sustancias productoras de olores y sabores, es decir se remueven las partículas coloidales o los sólidos finamente divididos que difícilmente pueden sedimentar, ya que poseen un diámetro entre 1 y 100 nanómetros.

Básicamente, consiste en una serie de reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, las partículas y las características del agua, como el pH, la turbiedad y la alcalinidad, entre otros.

La floculación es el fenómeno de choque entre las partículas desestabilizadas para formar coágulos porosos de mayor tamaño, es decir es la aglomeración de partículas coaguladas o floculación.

En la floculación se incluyen los procesos físicos de mezcla rápida y de mezcla lenta que permiten el crecimiento del floculo.

Generalmente, se realiza en un tiempo estimado entre 10 y 30 minutos, en el cual se aglomeran las partículas formando flóculos de mayor tamaño que facilitan su eliminación por sedimentación.

La coagulación y la floculación son procesos que ocurren en forma simultánea, es decir, generalmente lo definen como un solo proceso: “coagulación-floculación”.

En él engloban el proceso en el cual las partículas desestabilizadas se aglutinan formando flóculos cuya masa posee un peso específico mayor que el agua y permiten su eliminación por decantación.

Entre los objetivos que se deben cumplir en el proceso de coagulación-floculación están la eliminación de la turbiedad orgánica e inorgánica, la remoción del color, tanto verdadero como aparente, la eliminación de microorganismos y la de sustancias que producen olores y sabores.

En las plantas de purificación de aguas naturales, el proceso de coagulación-floculación se realiza en tres fases o etapas que son: la adición de los coagulantes, la dispersión de los coagulantes o mezcla rápida y la aglutinación de las partículas o mezcla lenta.

Adición de los Coagulantes

Los coagulantes son aquellos compuestos de hierro y aluminio que suministran al agua iones trivalentes positivos que desestabilizan las cargas y producen además la hidrolización de sustancias con la formación probable de sales básicas coloidales insolubles si son adicionadas dentro del rango óptimo de pH.

tabla de coagulantes

Por esta razón, es necesario medir el pH del agua natural antes y después del proceso de coagulación, ya que, a mayor turbiedad del agua, mayor es la cantidad de coagulante a adicionar y estos aumentos de coagulantes adicionados generan una disminución en el pH del agua debido a la producción de bióxido de carbono CO2.

El rango pH óptimo para la eliminación de coloides cargados negativamente varía mucho según las características del agua a tratar, pero usualmente se recomienda que sea entre 5 a 6,5 unidades.

Entre los coagulantes metálicos de mayor empleo están el sulfato de aluminio, el sulfato ferroso, el cloruro férrico y el sulfato férrico, entre otros.

El sulfato ferroso es el coagulante más empleado de las sales de hierro debido a su bajo costo, se encuentra en forma de cristales o gramos de color verde y es muy soluble en el agua. Se recomienda su uso en concentraciones mayores del 6% con tiempo de retención para su disolución de 5 minutos.

Es importante destacar que un exceso de coagulantes, no implica un aumento en la inestabilización de las partículas, ya que los coloides no pueden absorber más de lo que su carga primaria les permite.

Finalmente, se puede mencionar que los coagulantes a base de sales de hierro tienen ventaja sobre las de aluminio, ya que tienden a formar flóculos más pesados, lo que se traduce en una mayor velocidad de asentamiento. Sin embargo, los lodos, producto de la coagulación con sales de hierro son muy corrosivos y difíciles de manejar, razón suficiente para limitar su uso.

Los coagulantes a base de sales de hierro pueden emplearse en aguas con un rango más amplio de pH.

La dosificación de los coagulantes se puede realizar mediante dosificadores
en seco, que pueden ser volumétricos o gravimétricos, y mediante dosificadores en solución, empleando sistemas por gravedad o por bombeo.

Dispersión de los Coagulantes – Mezcla Rápida

Es de vital importancia, para lograr un adecuado proceso de clarificación, la rapidez y uniformidad con que se dispersen los coagulantes en el agua.

Para esto, debe seleccionarse un sitio en el que se produzca la mayor turbulencia, bien sea de manera natural o mediante la agitación del líquido en forma violenta empleando sistemas mecánicos.

Equipo para la prueba de jarras
Equipo para la prueba de jarras

Entre los sistemas para realizar la mezcla rápida, se tienen los sistemas con mezcladores de flujo de pistón y los sistemas que emplean retromezcladores.

En los mezcladores de flujo de pistón, la adición de los coagulantes se realiza, al pasar la masa de agua, en un punto específico en el cual se produce una fuerte turbulencia, por ejemplo, empleando un resalto hidráulico, mientras que en los retromezcladores, el agua es retenida en una cámara especial, en donde se adicionan los coagulantes, mientras se agita el agua con una turbina o paleta rotatoria para crear la turbulencia.

coagulación floculación

De estos dos sistemas, el de mayor uso es el de los retromezcladores  ya que el del flujo a pistón depende de variables topográficas e hidráulicas, que son difíciles de encontrar en el sitio en donde se construye la planta de purificación de las aguas naturales.

Aglutinación de las Partículas – Mezcla Lenta

Una vez dispersados los coagulantes, hay que producir una lenta agitación para permitir el crecimiento del floculo producido por el contacto entre las partículas, evitando en todo momento el rompimiento del mismo.

Para lograr este fin, se deben considerar tres aspectos que son la forma de producir agitación, el gradiente de velocidad, y el tiempo de retención.

La concentración del floculo es inversamente proporcional al gradiente de velocidad y directamente proporcional al tiempo de retención, por lo que un floculo generado a bajas velocidades de agitación y grandes tiempos de retención puede tener un volumen mayor que el de un floculo producido en circunstancias opuestas.

Los floculadores pueden clasificarse, dependiendo del tipo de energía empleada, en hidráulicos y mecánicos. Los hidráulicos pueden ser de flujo horizontal, vertical o helicoidal, mientras que los mecánicos se clasifican en rotatorios y en reciprocantes.

Tanque sedimentador
Tanque sedimentador

Los floculadotes hidráulicos derivan su energía de la carga de velocidad que el flujo adquiere al fluir a través de tabiques colocados, mientras que los mecánicos requieren de una fuente de energía externa para mover el agitador o paleta en un estanque en el cual el agua permanece un tiempo de retención.

Generalmente se emplean los floculadores hidráulicos debido a su bajo costo operacional, a que no requieren de energía externa para funcionar y a que no producen corto circuitos ya que no tienen partes móviles.

En el caso de usar los floculadotes mecánicos para evitar la rotación general del líquido alrededor del eje central, se recomienda que el área total de las paletas no sea mayor de un 15 a un 20% del área de la sección transversal del estanque.

Igualmente, se recomienda que la distancia entre los extremos de los agitadores no sea menor de 60 cm y el espacio entre ellos y el fondo no sea menor de 30 cm.

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